采用模糊控制的電飯鍋原理分析

王建榮 楊海俠

文章摘要：采用模糊邏輯控制裝置的電飯鍋能準(zhǔn)確檢測到電飯鍋的水是否已燒干，準(zhǔn)確地切斷加熱的電源，使得煮出的米飯松軟、不燒焦，微電腦模糊自動控制系統(tǒng)具有自動數(shù)據(jù)存儲自動跟隨參數(shù)的變化的功能。

關(guān)鍵詞：電飯鍋;模糊控制

模糊邏輯控制，簡稱模糊控制。模糊控制實(shí)質(zhì)上是一種非線性控制。從屬于智能控制的范疇。近20多年來，模糊控制不論在理論上還是技術(shù)上都有了巨大的進(jìn)步，成為自動控制領(lǐng)域一個非常活躍而又碩果累累的分支，其典型應(yīng)用設(shè)計(jì)生產(chǎn)和生活的許多方面。采用模糊控制的電飯鍋就是一種新興的多功能家用烹飪器具。它集微機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、食品工程技術(shù)和工業(yè)造型設(shè)計(jì)等與一體。與傳統(tǒng)的電飯鍋相比，模糊控制的電飯鍋具有許多優(yōu)點(diǎn)，首先它能自動的判定飯量、水/米比例等信息，從而做出合適的控制決策，達(dá)到省時省電的目的。其次是煮出來的米飯顆粒均勻，有光澤、口感好、營養(yǎng)價值高，便于人體吸收，最后是外型美觀功能多，操作使用安全方便。

米飯的炊飯過程實(shí)質(zhì)上是使大米由難以為人體所消化吸收的β淀粉，轉(zhuǎn)化為人體容易吸收的α淀粉過程。需要經(jīng)過吸水、加熱、沸騰、燜飯、保溫五個階段。在這個轉(zhuǎn)化過程中，米飯的糖化程度、粘度、口感等指標(biāo)，都與炊飯的加熱過程情況有關(guān)。

普通電飯鍋能完成吸水、沸騰、燜飯、保溫等工序，但是不能很好地完成加熱這道工序，這就勢必影響炊飯的質(zhì)量。由于飯量是影響加熱工序的重要因素，而飯量又是受室溫、初始水溫、飯溫、電源電壓高低、加熱器性能、電飯鍋的機(jī)械誤差等眾多因素影響的輸入量，因此，加熱工序的重要控制量飯量是不宜用常規(guī)的控制方法求得的。此外，加熱過程應(yīng)準(zhǔn)確控制在10分鐘，方能保證炊飯質(zhì)量，在這10分鐘內(nèi)一邊推算飯量，一邊進(jìn)行加熱控制，是無法保證理想的溫控效果的。顯然電飯鍋炊飯過程是一個受眾多因素影響，不宜建立數(shù)學(xué)模型的控制系統(tǒng)，所以采用模糊控制方法是有必要的。

模糊電飯鍋的鍋體結(jié)構(gòu)包括盛米的內(nèi)鍋、內(nèi)蓋、外鍋、外殼，加熱板、鍋底傳感器等。金屬內(nèi)鍋層與有保溫功能的外殼緊密結(jié)合成一個可以保溫的外鍋體，它能保證電熱板的熱量絕大多數(shù)用于對米飯的加熱，只有少量被鍋體吸收或泄漏于外界環(huán)境。鍋底傳感器用于檢測溫度，它可以檢測室溫水溫的初始值、水溫在加熱時的隨機(jī)值、內(nèi)鍋的溫度變化率等。

有些模糊電飯鍋有多個加熱器，這些電飯煲除了鍋底加熱板之外，還有鍋側(cè)加熱器和鍋蓋加熱器，鍋側(cè)加熱器是一個低功率的輔助加熱器，其目的在于使內(nèi)鍋在加熱時上部和底部的溫度比較均勻;另外，在保溫時也使內(nèi)鍋中的飯受熱均勻，使保溫效果更好。鍋蓋加熱器是為了是鍋蓋有一定的溫度，這樣飯面上升來的蒸汽不能冷卻凝結(jié)化掉，從而防止水蒸汽冷凝成水滴，下滴到飯面形成局部漩渦型稀飯，影響米飯的質(zhì)量。

有的電飯鍋有多個傳感器，除了鍋底傳感器之外，還有鍋蓋傳感器。鍋蓋傳感器用于檢測室溫和蒸汽溫度，它可以判別米飯所處的工藝階段，特別可以判別在悶飯階段中米飯的溫度上。實(shí)際上，一個能夠巧妙地進(jìn)行各種模糊推理的電飯煲控制系統(tǒng)。即使只有鍋底加熱板和鍋底傳感器，也就可以在模糊控制下煮出松軟可口的米飯。問題的關(guān)鍵在于米飯量的推理，以及根據(jù)不同的米飯量自動調(diào)節(jié)煮飯工藝中各個階段的時間及溫度。模糊電飯煲控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下圖所示：

電飯鍋模糊控制系統(tǒng)的核心是模糊控制器?？刂七^程是通過鍵盤進(jìn)行設(shè)定，有溫度檢測電路得到測量溫度，將溫度偏差及偏差變化率輸入給模糊控制器，作為模糊推理的依據(jù)，根據(jù)模糊控制器輸出的控制量去控制功率驅(qū)動電路，使鍋內(nèi)溫度按最佳烹調(diào)狀態(tài)變化，以達(dá)到最佳烹調(diào)效果。在模糊控制的電飯鍋中，控制過程的各段時間是和米飯量有關(guān)的。因此米飯量的測定是第一個關(guān)鍵步驟，其后的過程則依據(jù)米飯量進(jìn)行相應(yīng)的控制。米飯量的測定是在吸水階段進(jìn)行的，并通過模糊推理實(shí)現(xiàn)。在此系統(tǒng)中有兩個模糊推理過程，模糊推理1：以鍋蓋給及鍋底溫度傳感器提供的信息作為輸入量通過模糊推理自動判斷出炊飯量。模糊推理2：以飯量多少、鍋底溫度及其變化率為輸入量，應(yīng)用模糊推理，給出加熱功率的控制決策。

在模糊電飯鍋中，溫度模糊控制有兩種情況：一種是恒溫控制，另一種是勻速升溫控制。恒溫控制用于沸騰和保溫階段，勻速升溫控制，用于加熱階段。無論采用哪種控制，都要對有關(guān)量進(jìn)行模糊化

總之，電飯鍋采用模糊邏輯控制，模仿人的思維方式，準(zhǔn)確檢測判斷，使得煮出的米飯松軟、不燒焦。在模糊邏輯的基礎(chǔ)上，再加上時間控制，就使這種模糊控制電飯鍋具有預(yù)約定時煮飯、煲湯、煲粥等功能。這種微電腦模糊控制技術(shù)，在電飯鍋中的廣泛應(yīng)用，對改善人們的生活有著深遠(yuǎn)的意義。